Fragen zu einem Heliumballon

Lamda · 12. April 2012

Hi zusammen,

Ich wollt schon lange einen Heliumballon fliegen lassen, der das Gewicht einer kleinen Kamera tragen kann (ca. 150 Gramm) und die dann in luftiger Höhe (so hoch wie möglich) ein paar Bilder schiesst. Damit der auch wieder zu mir zurückkommt verbinde ich ihn mit einem Faden.

Nun einige Fragen an euch Experten.

1. Wieviel Helium braucht es resp. welche Ballongrösse um ein Gewicht von 150 g + Ballon + Faden zu heben?
2. Welches Ballonmaterial würdet ihr nehmen?
3. Was für eine Art von Faden? Eigentlich dachte ich, ich könnte einfach eine Angelrute mit einer Angelschnur nehmen. Dann geht das auch schneller mit dem aufrollen. Oder gibt es spezielle Fäden für Ballone?
4. Wie hoch darf ein solcher Ballon an einer Leine eigentlich steigen? Wegen dem Flugverkehr gibt es dafür sicher Vorschriften oder?
5. Der Auftrieb des Ballons nimmt ja mit steigender Höhe und sinkendem Luftdruck ab. Gibt es für Helium ein Diagramm dazu?

Viele Grüsse
λ

BIGJIM · 13. April 2012

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Hallo Lamda.
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Ich wollt schon lange einen Heliumballon fliegen lassen, der das Gewicht einer kleinen Kamera tragen kann (ca. 150 Gramm) und die dann in luftiger Höhe (so hoch wie möglich) ein paar Bilder schiesst. Damit der auch wieder zu mir zurückkommt verbinde ich ihn mit einem Faden.

Du bist nicht der Erste … http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/310433-Lego-Männchen-in-der-Stratosphäre
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Nun einige Fragen an euch Experten.
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1. Wieviel Helium braucht es resp. welche Ballongrösse um ein Gewicht von 150 g + Ballon + Faden zu heben?

Allgemeine Erklärung, keine Eigenwerbung … lese es bitte hier: http://www.modellzeppelin.de/viewtopic.php?t=1084
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2. Welches Ballonmaterial würdet ihr nehmen?

> Geringe Höhe: …es geht bereits mit einem Latexballon, größerer Durchmesser…
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> Aufwendiger: MYLAR-Folie, bitte beachte dabei die Gasfüllung und die Luftaußentemperatur…
>>>>>>>>> Vorsicht bei intensiver Sonnenbestrahlung, Gasausdehnung und die Folien platzen…
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> Einfach: …Müllsack nehmen ob der Gelbe, Blaue oder Schwarze alles geht…
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3. Was für eine Art von Faden? Eigentlich dachte ich, ich könnte einfach eine Angelrute mit einer Angelschnur nehmen. Dann geht das auch schneller mit dem aufrollen. Oder gibt es spezielle Fäden für Ballone?

Angelschnur besteht aus sehr hochwertigem Nylon … Schau bitte hier die Angelfreunde haben einen Beitrag dazu geschrieben: http://www.angeln-im-internet.de/angelzubehoer/angelschnur.php
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4. Wie hoch darf ein solcher Ballon an einer Leine eigentlich steigen? Wegen dem Flugverkehr gibt es dafür sicher Vorschriften oder?

Hier - www.lba.de - Telefon 0531 - 2355262 ...... Fachberater: Herr Schulz - Telefon 0531 - 2355462 ...... Fachberater: Herr Röpke
und auch falls in deiner Umgebung ein Flugplatz ist gibt man Dir dort entsprechende Auskunft.
Die Modellballonfreunde haben bei: Aufstiegserlaubnis ebenfalls eine sehr gute Information, www.modellballone.de
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5. Der Auftrieb des Ballons nimmt ja mit steigender Höhe und sinkendem Luftdruck ab. Gibt es für Helium ein Diagramm dazu?

Es wäre möglich, diese Frage kann ich nicht spezifisch beantworten, unser Moderator ist derzeit in der USA … und ob
Johannes Eissing mitliest ist mir nicht bekannt.

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Mit Gruß, BIGJIM

FamZim · 13. April 2012

Moin

Sehr viele Infos sind sind von BIGJIM schon gekommen wie Tragkraft von 1g pro 1 Liter Traggas.
Was fehlt, ist noch die nötige Auftriebsberechnung.
Dazu alles zusammenzählen:
Das ist das zu tragende Inventar mit 150 g, pluß Hülle die noch berechnet werden muß, außerdem das komplette Leinengewicht.
Dann schwebt er aber nur, da kein Antrieb zum Aufstieg nach oben ist.
Dazu wenigstens nochmal 200 Liter dazu (macht die Hülle noch größer, und damit er nicht platzt nochmals für 100 Liter die größe der Hülle berechnen. Für Aufstiege über 500 m den dort herschenden Luftdruck ermitteln, bei halbem Luftdruck doppeltes Hüllenvolumen nehmen, das ist aber erst bei über 3 000 m so.
Er wird dann NICHT prall gefüllt beim Start, sondern hat noch Reserven zum ausdenen.
So kommen schnell 500 g (500 Liter) zusammen, und er fängt durch seine Größe einen Menge Wind ein, die auch an der Leine zieht.
Da ist man schnell mit 10 facher Sicherheit dabei, und die Leine sollte schon 5 kg halten denke ich.

Gruß Aloys.

BIGJIM · 14. April 2012

Moin, ebenfalls
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Was fehlt, ist noch die nötige Auftriebsberechnung.
Dazu alles zusammenzählen:

… Danke Aloys für die weitere Ergänzung.

Da ist man schnell mit 10 facher Sicherheit dabei, und die Leine sollte schon 5 kg halten denke ich.

Hi, Lambda
Probiere es einfach aus, denn jeder neuer „Gashüllenfreund“ muss selbst seine Erfahrungen sammeln,
sofern er nicht von der Uni kommt/ist und es als erweitere wissenschaftliche Aufgabe sieht.
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Es ist ein schönes Hobby mit diversen Elementen fertig zu werden.
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Dabei zu sein und dabei zu bleiben formt … mit SSM-Luftschiffen klappt es.

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Gruss BIGJIM
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PS: Schau mal über den Tellerrand, hiermit: http://www.modellzeppelin.de/viewforum.php?f=53

Johannes Eissing · 18. April 2012

Hi λ,

Lamda schrieb:
Hi zusammen,
Ich wollt schon lange einen Heliumballon fliegen lassen, der das Gewicht einer kleinen Kamera tragen kann (ca. 150 Gramm) und die dann in luftiger Höhe (so hoch wie möglich) ein paar Bilder schiesst. Damit der auch wieder zu mir zurückkommt verbinde ich ihn mit einem Faden.

Super Idee! Bei einem Faden musst Du aber bedenken, dass der Wind an Deinem Ballon zerrt. Da Du ihn, wie schon richtig gesagt wurde, unprall steigen lassen musst, wird das schnell eine fahrige Angelegenheit. Also mit Faden nur bei null Wind, am besten gaaanz früh am Morgen.

Lamda schrieb:
Nun einige Fragen an euch Experten.
1. Wieviel Helium braucht es resp. welche Ballongrösse um ein Gewicht von 150 g + Ballon + Faden zu heben?
2. Welches Ballonmaterial würdet ihr nehmen?

Probier mal, ob Du einen kleinen Wetterballon bekommst. Wo weiss ich aber leider auch nicht. Vielleicht reichen auch mehrere dünne Müllsäcke ("Gelber Sack"?) Mein erstes LTA Modell war ein Müllsack, mit Büroklammern beschwert.

Lamda schrieb:
3. Was für eine Art von Faden? Eigentlich dachte ich, ich könnte einfach eine Angelrute mit einer Angelschnur nehmen. Dann geht das auch schneller mit dem aufrollen. Oder gibt es spezielle Fäden für Ballone?

Faden wiegt, nicht vergessen bei der Gewichtsrechnung!

Lamda schrieb:
4. Wie hoch darf ein solcher Ballon an einer Leine eigentlich steigen? Wegen dem Flugverkehr gibt es dafür sicher Vorschriften oder?

Wende Dich am besten an einen örtlichen Modellflugverein, die sollten das wissen.

Lamda schrieb:
5. Der Auftrieb des Ballons nimmt ja mit steigender Höhe und sinkendem Luftdruck ab. Gibt es für Helium ein Diagramm dazu?

, die Luft wird zwar dünner, und damit nimmt der Auftrieb pro Volumen ab. Aaaber: das Volumen Deines Ballons nimmt in gleichem Masse zu. Cool was? Wenn Du physikalisch interessiert bist, kannst Du Dir das über die "Ideale Gasgleichung" leicht herleiten:
Die Gasgleichung besagt, dass Druck mal Volumen gleich Masse mal Gaskonstante mal Temperatur ist:

1) p*V=m*R*T

Teilt man die Gleichung durch die Masse m, wird daraus Druck durch Dichte gleich Gaskonstante mal Temperatur:

2) p/rho = R*T

Unser Auftrieb B (für Buoyancy) ist nach Archimedes gleich der Masse der verdrängten Luft, also Volumen V mal Luftdichte rhoLu

3) B = V*rhoLu

Nach 1) kann das Volumen auch mit der Masse an Helium mHe und der Gaskonstante für Helium RHe ausgedrückt werden:

4) V=mHe*RHe*T/p

Ausserdem kann man nach 2) die Luftdichte auch mit der Gaskonstante für Luft RLu ausdrücken:

5) rhoLu=p/RLu/T

Setzt man 4) und 5) in 3) ein, erhält man diesen Ausdruck für den Auftrieb:

6) B = mHe*RHe*T/p*p/RLu/T

Wie man sieht, kürzen sich Temperatur und Druck 'raus, und die Heliummasse sowie die Gaskonstanten sind - konstant.

7) B = mHe*RHe/RLu

Tadaa! Das beeutet, dass der Auftrieb konstant ist, egal bei welchen Umgebungsbedingungen. Voraussetzungen sind

- Innendruck = Aussendruck
- Innentemperatur = Aussentemperatur
- Volumen kann sich frei ändern.

Dann hat Dein Ballon in jeder Höhe den gleichen Auftrieb. Und weil sich die Gasmasse auch nicht ändert, das gleiche Gewicht.

Lamda schrieb:
Viele Grüsse
λ

Gruss aus der Neuen Welt,
Johannes

FamZim · 18. April 2012

Hi

Und die Steiggeschwindigkeit bleibt auch gleich, obwohl er immer dicker wird denke ich, denn die Luft durch die er steigt wird immer dünner.
Er steigt bis er abbläst oder platzt

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Gruß Aloys.

Lamda · 22. April 2012

Danke für eure Vorschläge.

Johannes Eissing schrieb:
Hi λ,

Super Idee! Bei einem Faden musst Du aber bedenken, dass der Wind an Deinem Ballon zerrt. Da Du ihn, wie schon richtig gesagt wurde, unprall steigen lassen musst, wird das schnell eine fahrige Angelegenheit. Also mit Faden nur bei null Wind, am besten gaaanz früh am Morgen.

Ja, das mit dem Wind wird wohl etwas schwierig. Eigentlich wollte ich einen Sonnenuntergang in einen Sonnenaufgang verwandeln indem ich die Kamera nach Sonnenuntergang steigen lasse.

Probier mal, ob Du einen kleinen Wetterballon bekommst. Wo weiss ich aber leider auch nicht. Vielleicht reichen auch mehrere dünne Müllsäcke ("Gelber Sack"?) Mein erstes LTA Modell war ein Müllsack, mit Büroklammern beschwert.

Bei eBay gibts anscheinend einige Wetterballone zu kaufen.

Faden wiegt, nicht vergessen bei der Gewichtsrechnung!

Ja. Wahrscheinlich nehme ich eine Angelschnur zum Fliegenfischen. Die sind besonders leicht.

Wende Dich am besten an einen örtlichen Modellflugverein, die sollten das wissen.

OK.

Wenn Du physikalisch interessiert bist,

Physik ist schon lange mein Hobby.

Kannst ja mal meine Webseite besuchen, falls interesse besteht: www.lhc-facts.ch

Viele Grüsse
λ

Johannes Eissing · 26. April 2012

Lamda schrieb:
Danke für eure Vorschläge.
Ja, das mit dem Wind wird wohl etwas schwierig. Eigentlich wollte ich einen Sonnenuntergang in einen Sonnenaufgang verwandeln indem ich die Kamera nach Sonnenuntergang steigen lasse.

Abends ist es ähnlich ruhig wie morgens, je nach örtlichen Gegebenheiten.

Lamda schrieb:
Ja. Wahrscheinlich nehme ich eine Angelschnur zum Fliegenfischen. Die sind besonders leicht.

Achtung, Fliegenschnur ist leichter als Wasser, weil sie u.U. Lufteinschlüsse eingearbeitet hat, damit sie schwimmt. Das Absolute Gewicht ist nicht unbedingt geringer als ein Monofil vergleichbarer Festigkeit. Sie ist deshalb auch dicker und macht mehr Windwiderstand, was den Ballon schneller zu Boden drückt. Geflochtene Dynema Drachenschnur scheint mir geeignet. Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ("Reisslänge") ist gut, und die geflochtene Struktur verringert den Widerstand. Kevlar ("Aramid") Schnüre sind auch nicht schlecht, verlieren aber bei UV Bestrahlung schnell ihre nominale Festigkeit.

Lamda schrieb:
Physik ist schon lange mein Hobby.
Kannst ja mal meine Webseite besuchen, falls interesse besteht: www.lhc-facts.ch
Viele Grüsse
λ

"Erst spielten sie am Teich ein Weilchen
Dann spielten Sie mit weichen Teilchen"
Sorry, dieser Schüttelreim fällt mir immer bei "Teilchen" ein. Beeindruckende Anlage. Grundlagenforschung rockt!

Wie wär's denn ganz ohne Leine:

https://www.youtube.com/embed/bluQ4eOeBwo?wmode=opaque&start=0

:
Ausrichten nach der Sonne ist dann eine Herausforderung. Ein horizontal angeordneter Propeller, zwei Photozellen und etwas elektronik könnten helfen, google "sonnenfolger", "sonnentracker" oder "suntracker".

Hannes

BIGJIM · 26. April 2012

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Hallo Lamda
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Ja. Wahrscheinlich nehme ich eine Angelschnur zum Fliegenfischen. Die sind besonders leicht.

Dies ist eine „Kinderhafte Vorstellung“ und wirklich nicht umsetzbar.
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Bedenke, der Gasballon steigt nicht senkrecht in die Höhe. Ab 50, 100, 200, 500, 1000m gibt es leichte bis starke Luftverschiebungen (Winde). Die Angelschnur beginnt bereits am/vom Auflasspunkt abzudriften. Sollte es Dir gelingen den Gasballon an solch einer Angelschnur auf 1000, 2000, 3000m zu bringen besteht wieder die Gefahr mit anderen Luftfahrzeugen wie einem Flugzeug u.U. gering, Hubschrauber schon eher in „Kollision“ und/oder auch Überlandleitungen zu kommen.
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Realität: Beim Drachenfest in den 90er Jahren in Detmold geriet ein Rettungshubschrauber in eine höhere aufgelassene Drachenschnur und es kam so zum Unfall, dabei wurde der Drachen von den Rotorblättern regelrecht aufgewickelt und zerstört, es ist so nichts weiter passiert, der Hubschrauber flog weiter, wurde aber zum Tagesgespräch, ich war mit auf dem Platz, somit ist dies ein reales Beispiel.
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Ich selbst hatte in den 70er Jahren mit einem Drachenaufstieg und unzulässiger Schnurlänge beim „einholen“ eine entfernte Überlandleitung berührt und bekam den Drachen nicht mehr raus …
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Daher glaube ich nicht an solch ein „Angelschnurfesthalteumsetzung“.
Du solltest es so machen wie es bereits andere machten.
Gasballon, Kamera und GPS-Sender zur Verfolgung, wäre meine Meinung, den Aufstieg anmelden und man wird es sicherlich dulden, sofern Du dies begründen kannst.
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Gruss BIGJIM

BIGJIM · 26. April 2012

Aber Hallo …
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"Erst spielten sie am Teich ein Weilchen
Dann spielten Sie mit weichen Teilchen"
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Grundlagenforschung rockt!

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In den Punkt kommend. Der Teilchenbeschleuniger in Horizontaler Ebene nicht nur in der Physik, wie auch im Bett …
wahrscheinlich zuviel blühende Fantasien

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Gruss BIGJIM

BIGJIM · 4. Mai 2012

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...noch eine letzte Versuchung ...
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Ein Pärchen schmust und knutscht wild im Heu…
Sie: "Pass auf, Schatz. Ich hab´s im Kreuz."
Er: "Danke für den Hinweis.
Da hätte ich mich ja tot suchen können." :confused:

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Gruss BIGJIM

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